Реферат объемные гидравлические машины
Обновлено: 02.07.2024
Гидравлическими машинами называются машины, которые сообщают протекающей через них жидкости механическую энергию (насос), либо получают от жидкости часть энергии и передают ее рабочему органу для полезного использования (гидродвигатель).
Насосы и гидромоторы применяют также в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости.
Гидропередачи по сравнению с механическими передачами (муфты, коробки скоростей, редукторы и т.д.) имеют следующие преимущества.
1. Плавность работы.
2. Возможность бесступенчатого регулирования скорости.
3. Меньшая зависимость момента на выходном валу от нагрузки, приложенной к исполнительному органу.
4. Возможность передачи больших мощностей.
5. Малые габаритные размеры.
6. Высокая надежность.
Эти преимущества привели к большому распространению гидропередач, несмотря на их несколько меньший, чем у механических передач КПД.
В современной технике применяется большое количество разновидностей машин. Наибольшее распространение для водоснабжения населения получили лопастные насосы. Рабочим органом лопастной машины является вращающееся рабочее колесо, снабженное лопастями. Лопастные насосы делятся на центробежные и осевые.
В центробежном лопастном насосе жидкость под действием центробежных сил перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.
На рис. 7.1 изображена простейшая схема центробежного насоса. Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов - подвода 1, рабочего колеса 2 и отвода 3. По подводу жидкость подается в рабочее колесо из подводящего трубопровода. Рабочее колесо 2 передает жидкости энергию от приводного двигателя. Рабочее колесо состоит из двух дисков а и б, между которыми находятся лопатки в, изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Жидкость движется через колесо из центральной его части к периферии. По отводу жидкость отводится от рабочего колеса к напорному патрубку или, в многоступенчатых насосах, к следующему колесу.
В осевом лопастном насосе жидкость перемещается в основном вдоль оси вращение рабочего колеса (рис. 7.2). Рабочее колесо осевого насоса похоже на винт корабля. Оно состоит из втулки 1, на которой закреплено несколько лопастей 2. Отводом насоса служит осевой направляющий аппарат 3, с помощью которого устраняется закрутка жидкости, и кинетическая энергия ее преобразуется в энергию давления. Осевые насосы применяют при больших подачах и малых давлениях.
Осевые насосы могут быть жестколопастными, в которых положение лопастей рабочего колеса не изменяется, и поворотно-лопастными, в которых положение рабочего колеса может регулироваться.
Поршневые насосы относятся к числу объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителями. Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, попеременно сообщающееся со входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение жидкости из рабочих камер (плунжер, поршень, диафрагма).
Классифицируются поршневые насосы по следующим показателям:
1) по типу вытеснителей: плунжерные, поршневые и диафрагменные;
2) по характеру движения ведущего звена: возвратно-поступательное движение ведущего звена; вращательное движение ведущего звена (кривошипные и кулачковые насосы);
3) по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход: одностороннего действия; двухстороннего действия.
4) по количеству поршней: однопоршневые; двухпоршневые; многопоршневые.
Насос простого действия. Схема насоса простого действия изображена на рис. 7.3. Поршень 2 связан с кривошипно-шатунным механизмом через шток 3, в результате чего он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. Поршень при ходе вправо создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан 6 поднимается и жидкость из расходного резервуара 4 по всасывающему трубопроводу 5 поступает в рабочую камеру 7. При обратном ходе поршня (влево) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 8 открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод 9.
Так как каждому обороту двигателя соответствует два хода поршня, из которых лишь один соответствует нагнетанию, то теоретическая производительность в одну секунду будет
где F - площадь поршня, м²;
l - ход поршня, м;
n - число оборотов двигателя, об/мин.
Для повышения производительности поршневых насосов их часто выполняют сдвоенными, строенными и т.д. Поршни таких насосов приводятся в действие от одного коленчатого вала со смещением колен.
Действительная производительность насоса Q меньше теоретической, так как возникают утечки, обусловленные несвоевременным закрытием клапанов, неплотностями в клапанах и уплотнениях поршня и штока, а также неполнотой заполнения рабочей камеры.
Отношение действительной подачи Q к теоретической QT называется объемным КПД поршневого насоса:
Объемный КПД - основной экономический показатель, характеризующий работу насоса.
Насос двойного действия. Более равномерная и увеличенная подача жидкости, по сравнению с насосом простого действия, может быть достигнута насосом двойного действия (рис. 7.4), в котором каждому ходу поршня соответствуют одновременно процессы всасывания и нагнетания. Эти насосы выполняются горизонтальными и вертикальными, причем последние наиболее компактны. Теоретическая производительность насоса двойного действия будет
где f - площадь штока, м 2 .
Дифференциальный насос. В дифференциальном насосе (рис. 7.5) поршень 4 перемещается в гладко обработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 (вариант I ) или малый зазор (вариант II ) со стенкой цилиндра. Насос имеет два клапана: всасывающий 7 и нагнетательный 6, а также вспомогательную камеру 1. Всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за оба хода. Так, при ходе поршня влево из вспомогательной камеры в нагнетательный трубопровод 2 вытесняется объем жидкости, равный (F - f )l; при ходе поршня вправо из основной камеры вытесняется объем жидкости, равный fl. Таким образом, за оба хода поршня в нагнетательный трубопровод будет подан объем жидкости, равный
т.е. столько же, сколько подается насосом простого действия. Разница лишь в том, что это количество жидкости подается за оба хода поршня, следовательно, и подача происходит более равномерно.
Рабочий цикл поршневого насоса может быть графически описан на бумаге специальным прибором - индикатором. График изменения давления в цилиндре за один полный оборот кривошипа называется индикаторной диаграммой . На рис. 7.6 показана такая диаграмма насоса простого действия.
При движении поршня слева направо (см. рис. 7.3) (процесс всасывания) давление в цилиндре насоса резко падает до давления всасывания Pвс по линии аб. Из-за податливости стенок цилиндра и сжимаемости жидкости линия аб не вертикальна, а слегка наклонена и переходит затем в волнистую линию бв. Далее на всасывающей линии поддерживается постоянное давление и линия вг остается практически горизонтальной на протяжении всего хода всасывания. При обратном движении поршня (ход нагнетания) давление в цилиндре от Pвс поднимается до давления Pнагн по прямой гд, наклон которой влево от вертикали объясняется теми же самыми причинами, что и для линии аб. Начало сжатия жидкости сопровождается колебаниями давления в цилиндре (линия де). В дальнейшем давление Pнагн остается неизменным на протяжении всего хода нагнетания (линия еа). При повторном рабочем цикле этот график будет повторяться.
Неисправности, возникающие в гидравлической части поршневого насоса изменяют характер индикаторной диаграммы. Анализируя различные индикаторные диаграммы с теми или иными аномалиями, можно безошибочно сказать о неисправности насоса.
Баланс мощности в насосе наглядно можно представить в виде схемы, представленной на рис 7.7.
Мощность, которая подводится к валу насоса называется подведенной. Она равна произведению крутящего момента на валу на его угловую скорость
Мощность, которую мы получаем от насоса в виде потока жидкости под давлением называется полезной мощностью насоса (в дальнейшем просто мощностью)
Отношение мощности насоса к подведенной мощности называется общим КПД насоса
а разность NП - NH = Nпот называется потерями мощности в насосе. Потери мощности в насосе делятся на объемные, механические и гидравлические.
Потери мощности на внутренние утечки и неполное заполнение камер насоса
Объемный КПД насоса определится из соотношения
Для современных насосов объемный КПД находится в пределах 0,92…0,96. Значения КПД приведены в технических характеристиках насосов.
Механические КПД характеризует потери на терние в подвижных соединениях между деталями насоса. При относительном перемещении соприкасающихся поверхностей в зоне их контакта всегда возникает сила трения, которая направлена в сторону, противоположную движению. Эта сила расходуется на деформацию поверхностного слоя, пластическое оттеснение и на преодоление межмолекулярных связей соприкасающихся поверхностей.
Мощность, затраченная на преодоление сил трения, определяется
где Мтр - момент трения в насосе;
ω - угловая скорость вала насоса.
Механический КПД определяется из соотношения
Для современных насосов механический КПД также находится в пределах 0,92…0,96.
Гидравлический КПД характеризует потери на деформацию потока рабочей жидкости в напорной камере и на трение жидкости о стенки сосуда. Эти потери примерно на порядок ниже механических потерь на трение и часто в инженерных расчетах не учитываются или объединяются с механическими потерями на трение. В этом случае объединенный КПД называется гидромеханическим.
Мощность, затраченная на гидравлические потери, определится
где PК - давление в напорной камере насоса;
PН - давление в напорной гидролинии на выходе из насоса.
Гидравлический КПД определяется из соотношения
Общий КПД насоса равен произведению КПД объемного, гидравлического и механического
Таким образом, баланс мощности насоса дает представление о потерях, возникающих в насосе, общем КПД и всех его составляющих.
Кроме насосов и гидромоторов существуют и другие разнообразные по конструкции и назначению гидроэлементы. Одни управляют потоком рабочей жидкости, другие служат для обеспечения безотказной работы гидросистем и т.д. Совокупность этих устройств называется гидроприводом и требует отдельного изучения. Все гидроэлементы имеют свое условное обозначение, из которых составляются гидросхемы по аналогии с электрическими схемами.
Ниже приводятся условные обозначения основных гидроэлементов.
На рис. 7.8 изображен составленный из условных обозначений пример гидравлической схемы привода поворота стрелы челюстного погрузчика.
Схема состоит из бака, нерегулируемого гидромотора, трехпозиционного гидрораспределителя, двух регулируемых дросселей с параллельно подключенными к ним обратными клапанами, двух гидроцилиндров, фильтра и предохранительного клапана.
Принцип работы гидропривода заключается в следующем. Из бака рабочая жидкость (масло) забирается насосом и подается к гидрораспределителю. В нейтральном положении золотника гидрораспределителя при работающем насосе на участке трубопровода между насосом и распределителем начинает увеличиваться давление, при этом срабатывает предохранительный клапан и жидкость сливается обратно в бак. При смене позиции золотника (нижняя позиция на схеме) открываются проходные сечения в гидрораспределителе, и жидкость начинает поступать в полости нагнетания гидродвигателей (поршневые полости гидроцилиндров). Из штоковой полости гидроцилиндров масло по гидролинии слива проходит через регулируемые дроссели, гидрораспределитель и, очищаясь фильтром, попадает на слив в бак.
Скорость поступательного движения штоков гидроцилиндров регулируется дросселями. Реверсирование движения штоков осуществляется путем переключения позиций гидрораспределителя. При обратном движении штоков без нагрузки их скорость не регулируется и зависит от расхода рабочей жидкости в штоковые полости. При аварийной остановке штоков (например, непреодолимое усилие) давление в системе возрастает, вызывая тем самым открытие предохранительного клапана и сброс рабочей жидкости в бак.
Поршневые насосы, их схема, классификация и основные параметры: подача, напор, мощность, высота всасывания, коэффициент полезного действия. Роторные гидромашины, их характеристики и особенности. Сведения о гидропередаче, гидромуфте и гидротрансформаторе.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.06.2015 |
| Размер файла | 380,3 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Лекция №15
Объемные гидромашины
1. Поршневые насосы
2. Роторные гидромашины
3. Крыльчатые насосы
4. Основные сведения о гидропередачах
5. Гидромуфта
6. Гидротрансформатор
Гидромашины, в которых осуществляются попеременное заполнение рабочей камеры жидкостью и вытеснение ее из рабочей камеры, называют объемными. Такие машины предназначены для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена (гидродвигатели), и наоборот (насосы). Объемные гидромашины делятся на два больших класса -- поршневые и роторные.
1. Поршневые насосы
насос гидромашина мощность роторный
Принцип действия. Простейший поршневой насос состоит из рабочего цилиндра, снабженного двумя клапанами всасывающим и нагнетательным, поршня, совершающего возвратно-поступательное движение.
Рис. Поршневой насос одинарного действия:
Всасывающий трубопровод соединяет камеру цилиндра с резервуаром. При ходе всасывания (поршень движется вправо) в камере вследствие увеличения ее объема, а также в месте соединения всасывающего трубопровода с цилиндром создается разрежение. Под действием перепада давлений жидкость перемещается к насосу, всасывающий клапан открывается и жидкость заполняет рабочую камеру цилиндра.
В процессе возвратно-поступательного движения поршня жидкость перемещается по всасывающему трубопроводу в цилиндр насоса, а из него -- в нагнетательную трубу и затем к потребителю. Потребителями могут быть резервуары, паровые котлы, аппараты и др.
Классификация. Поршневые насосы классифицируют следующим образом:
по числу цилиндров -- одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые;
по роду перекачиваемой жидкости -- нефтяные (для перекачки горячих нефтепродуктов), дозировочные (для перекачки химических реагентов), предназначенные для перекачки сжиженных газов, цементировочные (для перекачки цементного раствора и воды при цементировании скважин) и др.;
по конструкции поршня -- поршневого типа, плунжерные (поршень представляет собой удлиненный полый цилиндр), диафрагмовые (цилиндр отделен от клапанной коробки упругой диафрагмой), с проходным поршнем;
по способу действия -- одинарного, двойного, тройного и четверного действия, а также дифференциальные;
по расположению рабочих цилиндров -- горизонтальные и вертикальные;
по способу приведения в действие -- паровые прямодействующие (поршень насоса и поршень силового цилиндра закреплены на общем штоке), приводные (работают от двигателя через соответствующие передачи и кривошипно-шатунный механизм), ручные.
Поршневые насосы могут различаться также по числу цилиндров.
Основные параметры. Параметрами, характеризующими работу любого поршневого насоса, служат подача Q, напор Н, мощность N, высота всасывания Нвс и полный КПД насоса.
Объем жидкости, подаваемой поршневым насосом за один оборот, определяют, исходя из объема цилиндра
где Fn - площадь поршня; S-- ход поршня.
Действительная подача (м 3 /с) насоса одинарного действия
где n -- частота вращения вала кривошипа, об/мин;
oб -- объемный КПД насоса.
Подачу насоса двойного действия (м 3 / с) определяют с учетом объемов, подаваемых обеими половинами насоса за 1 оборот:
где f площадь штока поршня.
Среднюю подачу поршневого насоса можно определить через объем жидкости V, вытесняемый поршнем, и время двойного хода поршня.
Для насоса простого действия средняя подача поршневого насоса
где F-- площадь поршня; r-- радиус кривошипа; w -- угловая скорость кривошипа.
Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако практически напор ограничивается запасом прочности отдельных двигателей и мощностью двигателя, приводящего насос в действие. Мощность (кВт), потребляемая поршневым насосом,
где, г - объемный вес жидкости, Н/м 3 , Q - подача насоса, м 3 /с, Н - напор насоса, м, Юн - КПД насоса (0,7…0,9).
Высота всасывания поршневого насоса зависит от атмосферного давления, температуры и плотности жидкости, а также от частоты вращения вала двигателя.
2. Роторные гидромашины
К роторным гидромашинам относятся аксиально-поршневые, шестеренные, винтовые, пластинчатые и радиально-роторные насосы.
Аксиально-поршневые насосы. Аксиально-поршневой насос состоит из ротора (блока цилиндров) 5, соединенного пространственным шарниром с наклонным валом (рис. ). Поршни 4 блока цилиндров 2 соединены с шайбой шатунами 3.
Рис. Аксиально-поршневые насосы:
За полный оборот вала 1 поршень один раз всасывает и один раз нагнетает жидкость. Ротор 5 вращается относительно неподвижной распределительной плиты, в которой выполнены дуговые пазы, соединенные соответственно с каналами всасывания и нагнетания. В процессе вращения ротора 5 цилиндры с поршнями последовательно проходят пазы всасывания и нагнетания, что обеспечивает непрерывное движение масла в нагнетательный трубопровод. Таким образом, процессы всасывания и нагнетания происходят без применения клапанов, что выгодно отличает эти насосы от обычных поршневых насосов клапанного типа.
Подача Q (л/с) аксиально-поршневых насосов
где d -- диаметр поршня, м; D -- диаметр окружности, на которой расположены центры цилиндров, м; z -- число поршней (цилиндров); n -- частота вращения вала, об/мин; об -- объемный КПД насоса; -- угол наклона вала (20. 25°).
Регулирование подачи достигается изменением угла наклона вала (шага поршней). При = 0 подача Q=0.
Эти насосы также обратимы: при подаче в них масла под давлением от другого насоса они становятся гидродвигателями вращательного движения. По сравнению с радиальными осевые поршневые насосы при одинаковой подаче имеют меньшую массу и размеры. Кроме того, из-за меньшего момента инерции вращающихся масс в них допускается большая частота вращения: n 5000 об/мин (n = 15 000 об/мин у насосов на самолетах). Подача насоса достигает 900 л/с, давление (200. 600)10 5 Н/м 2 , КПД 0,90. 0,95.
Шестеренные насосы. Их применяют в системах маслоснабжения насосных и электрических станций, гидроприводов сельскохозяйственных и строительных машин с разомкнутой циркуляцией, а также для перекачки различных жидкостей, не содержащих твердых частиц.
Шестеренные насосы характеризуются простотой устройства и надежностыо эксплуатации, небольшим числом высокоточных и изнашивающихся деталей, малыми стоимостью, габаритами и массой.
Принцип действия насосов состоит в следующем. Две шестерни J и 5 (рис. 6.5) равной ширины и равного модуля находятся в защеплении и располагаются в цилиндрических расточках корпуса 7 насосц с минимальным радиальным зазором. К торцам шестерен прибегают боковые стенки корпуса насоса. При вращении шестерен жидкость, расположенная между зубьями, переносится из полости всасывания 2 в полость нагнетания 4. В напорной полости Жидкость из впадин вытесняется зубьями противоположной шестерни и поступает в напорную линию насоса.
Шестеренньгй насос желательно устанавливать так, чтобы уровень рабочей жидкости в баке был выше места установки насоса. Это особенно важно, если гидросистема эксплуатируется при пониженной температуре воздуха, когда вязкость рабочей жидкости может значительно возрасти.
Шестеренные насосы используют также в качестве гидромоторов. При этом вследствие возможности реверсирования гидромоторы должны иметь симметричные устройства входа и выхода.
Рис. 6.5. Принцип действия шестеренного насоса:
Основные параметры шестеренного насоса рассчитывают по следующим формулам. Действительная подача (м/с) шестеренного насоса
где F-площадь поверхности впадины между зубьями, м 2 ; В- длина шестерни, мм; zi и а -- число зубьев ведущей и ведомой шестерен; n - частота вращения, об/мин, Юоб- объемный КПД.
Объемный КПД шестеренного насоса
гдее Юд, Ют -- действительная и теоретическая подача.
Винтовые насосы. К группе винтовых герметичных насосов относятся насосы, у которых благодаря специальному профилю нарезки винтов обеспечивается почти полное разобщение напорной и всасывающей камер. Рабочими органами являются три винта (трехвинтовой насос):
Пластинчатые (шиберные) насосы. Такие насосы применяют в гидроприводе автопогрузчиков и гидроусилителях рулевого управления автомобилей. Пластинчатый (шиберный) насос (рис. 6.7) состоит из барабана, приводимого во вращение двигателем, статора 7 и пластин 4. Барабан эксцентрично размещен в корпусе насоса. Пластины вращаются вместе с барабаном и одновременно совершают возвратно-поступательное движение вследствие их эксцентричного расположения в корпусе.
Рис. 6.6. Винтовой насос:
1 -- статор, 2, 5 -- всасывающие камеры, 3, 7--нагнетательные камеры, 4-- пластина, 6 -- ротор, 8 -- вал
Радиальные роторно-поршневые насосы. Такие насосы применяют в машинах большой мощности и гидроприводах стационарных установок.
Схема роторной радиально-поршневого насоса переменной подачи с автоматическим управлением приведена на рис. 6.8.
Рис. 6.8. Схема радиального роторно-поршневого насоса:
3. Крыльчатые насосы
Крыльчатые насосы (четырехкратного действия) отличаются от других ручных насосов меньшей массой и более высокой подачей. Кроме того, чтобы привести их в действие, требуется меньшее усилие. Однако эти насосы могут засасывать жидкость снизу только в том случае, если сам насос и его всасывающая труба будут предварительно залиты перекачиваемой жидкостью.
Рис. Ручной крыльчатый насос:
1, 2, 3, 4 - внутренние полости, 5, 6 - всасывающие клапаны, 7, 8 - нагнетательные клапаны, I, II-- соответственно прямое и обратное движение крыльчатки
4. Основные сведения о гидропередачах
Гидропередача - это сочетание в одном агрегате рабочих органов двух лопастных машин - центробежного насоса и гидротурбины. Она состоит из рабочих колес, соосно расположенных в непосредственной близости друг от друга и заключенных в общий кожух.
Классификация и основные особенности. Гидропередачи классифицируют на гидродинамические муфты (гидромуфты) и трансформаторы (гидротрансформаторы). Их используют для переноса энергии от двигателя к приводимой машине потоком жидкости.
Поток жидкости в гидродинамической передаче характеризуется большим расходом и небольшим статическим давлением, поэтому в качестве ведущего элемента используют центробежные насосы с высокой подачей. Лопастям насосного колеса жидкости сообщается энергия динамического напора. В турбинном колесе гидравлическая энергия преобразуется в механическую. Гидродинамическая передача передает вращающий момент с одного вала на другой и мощность при отсутствии жесткого соединения ведущего и ведомого валов. Это обеспечивает защиту двигателя и приводимой машины от вредного влияния пульсаций нагрузки и перегрузок. Данные свойства значительно продлевают срок службы машин вследствие способности гидродинамической передачи плавно изменять величину, а иногда и знак передаваемого крутящего момента при соответственном изменении частоты вращения ведомого вала. Такие трансмиссии могут играть роль бесступенчатых редукторов, автоматически обеспечивающих нужное передаточное отношение. Эти и ряд других преимуществ привели за последние десятилетия к широкому распространению гидродинамических передач в промышленности и на транспорте.
5. Гидромуфта
Это - гидродинамическая передача с двумя колесами насосным и турбинным. Она имеет одинаковые крутящие моменты на ведущем и ведомом валах, т. е. не происходит трансформации энергии. А чтобы уменьшить передаваемый на ведущий вал вращающий момент, в гидромуфте установлен диафрагмовый порог 3. Передача энергии от насосного колеса на турбинное осуществляется при помощи рабочей жидкости. Чтобы рабочая жидкость не вытекала из внутренних полостей гидромуфты, предусмотрены уплотняющие устройства, расположенные между валом и корпусом.
Рис. 7.2. Гидромуфта и гидротрансформатор:
При вращении насосное колесо забирает рабочую жидкость из турбинного колеса, она приобретает запас кинетической энергии и подвергается закручиванию, что приводит к увеличению количества движения рабочей жидкости. Раскручиваясь, жидкость поступает на турбинное колесо, оказывая давление на его лопасти, и при этом теряет часть своей энергии. От турбинного колеса жидкость по его лопастям направляется к центру гидромуфты и поступает в насосное колесо. Итак, жидкость циркулирует от насосного к турбинному колесу, образуя вихревое кольцо, называемое кругом циркуляции.
6. Гидротрансформатор
Это - гидродинамическая передача с тремя лопаточными колесами (насосным, турбинным и направляющего аппарата), имеющая все свойства гидромуфт. Применяют гидротрансформаторы для регулирования крутящего момента или частоты вращения турбинного вала.
Гидротрансформатор состоит из ведущего вала, вращающегося от двигателя, насосного колеса, неподвижного направляющего аппарата, турбинного колеса в кожухе (которое служит для отвода масла из гидротрансформатора в холодильник), тора -- внутреннего кольца подшипника. Ведомый вал передает вращающий момент на силовой орган машины. Отверстие в направляющем аппарате предназначено для пополнения системы маслом с помощью вспомогательного насоса.
Различают два варианта исполнения гидротрансформатора, когда неподвижный аппарат установлен за турбинным колесом или за насосным. В первом варианте рабочая жидкость циркулирует от насосного колеса к неподвижному направляющему аппарату, затем к лопаткам турбинного колеса и возвращается к насосному колесу. Во втором варианте рабочая жидкость из насосного колеса поступает на лопатки турбинного колеса, откуда идет в направляющий аппарат и возвращается в насосное колесо. Второй вариант конструкции гидротрансформатора называют гидротрансформатором II класса.
Подобные документы
Проектирование аксиально-поршневой гидромашины с определенными техническими характеристиками. Предварительный и уточнённый расчёт гидромашины, мощность, крутящий момент на её валу. Проверка шпонки на срез и смятие, плотности и загруженности стыков.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 22.11.2010
Конструктивные особенности, области применения, технические и технологические параметры радиально-поршневых и аксиально-поршневых роторных насосов, их достоинства и недостатки. Схема конструкции и принцип работы аксиально-плунжерной гидромашины.
реферат [318,3 K], добавлен 07.11.2011
Особенности проектирования аксиально-поршневой гидромашины с заданными характеристиками. Сущность предварительного и уточнённого расчёта гидромашины, определение ее мощности. Проверка шпонки на срез, определение плотности и загруженности стыков.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 23.02.2014
Напор и полезная мощность насоса. Коэффициент полезного действия насоса. Гидравлические, объемные и механические потери энергии. Трение в подшипниках, в уплотнениях вала, потери на трение жидкости о нерабочие поверхности рабочих колес, дисковое трение.
контрольная работа [69,8 K], добавлен 01.04.2011
Описание конструкции и принципа действия гидромашины. Геометрические размеры блока цилиндров. Эскиз плоского поршневого подпятника. Расчет долговечности подшипников, вала ротора. Крутящий и изгибающий момент. Проверка плотности и нагруженности стыков.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 29.11.2013
Развитие вакуумной техники. Упрощенная схема вакуумной системы. Объемные вакуумные насосы (поршневые, кольцевые, ротационные). Давление запуска насоса, наименьшее и наибольшее рабочее давление. Насосы, основанные на принципе ионно-сорбционной откачки.
реферат [953,3 K], добавлен 25.11.2010
Основные типы насосов и гидродвигателей, их назначение, классификация и область применения. Параметры гидромашин. Устройство, принцип действия шестеренного насоса. Классификация гидродвигателей. Пластинчатые насосы однократного и двукратного действия.
Насос - гидравлическая машина, в которой механическая энергия, приложенная к выходному валу, преобразуется в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости.
Гидродвигатель - машина, в которой энергия потока рабочей жидкости преобразуется в энергию движения выходного звена. Если выходное звено получает вращательное движение, то такой гидродвигатель называют гидромотором, если поступательное, то силовым цилиндром.
Рабочий объем гидромашины в насосе - это объем жидкости вытесняемый в систему за один оборот вала насоса; в гидромоторе - объем жидкости, необходимый для получения одного оборота вала гидромотора. Гидромашины изготавливаются с постоянным и переменным рабочим объемом. В соответствии с этим с постоянным рабочим объемом называются нерегулируемые, а с переменным - регулируемые.
Гидролиния (магистраль) - как уже говорилось в лекции 2, это трубопровод, по которому транспортируется рабочая жидкость. Различают магистрали всасывающие, напорные, сливные и дренажные.
Производительность насоса (подача) - это отношение объема подаваемой жидкости ко времени.
Теоретическая производительность насоса QТ - это расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из его полости нагнетания.
1.1. Гидравлические машины шестеренного типа
Шестеренные машины в современной технике нашли широкое применение. Их основным преимуществом является конструкционная простота, компактность, надежность в работе и сравнительно высокий КПД. В этих машинах отсутствуют рабочие органы, подверженные действию центробежной силы, что позволяет эксплуатировать их при частоте вращения до 20 с-1.
Шестеренные насосы. Основная группа шестеренных насосов состоит из двух прямозубых шестерен внешнего зацепления (рис.3.1, а). Применяются также и другие конструктивные схемы, например, насосы с внутренним зацеплением (рис.3.1, б), трех- и более шестерные насосы (рис.3.1, в).
Рис.3.1. Схемы шестеренных насосов:
а - с внешним зацеплением; б - с внутренним зацеплением; в - трехшестеренный
Шестеренный насос с внешним зацеплением (рис.3.1, а) состоит из ведущей 1 и ведомой 2 шестерен, размещенных с небольшим зазором в корпусе 3. При вращении шестерен жидкость, заполнившая рабочие камеры (межзубовые пространства), переносится из полости всасывания 4 в полость нагнетания 5. Из полости нагнетания жидкость вытесняется в напорный трубопровод.
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением сложны в изготовлении, но дают более равномерную подачу и имеют меньшие размеры. Внутренняя шестерня 1 (см. рис.3.1, б) имеет на два-три зуба меньше, чем внешняя шестерня 2. Между внутренней и внешней шестернями имеется серпообразная перемычка 3, отделяющая полость всасывания от напорной полости. При вращении внутренней шестерни жидкость, заполняющая рабочие камеры, переносится в напорную полость и вытесняется через окна в крышках корпуса 4 в напорный трубопровод.
Шестеренный насос в разобранном состоянии представлен на рис.3.2. Шестеренный насос состоит из корпуса 8, выполненного из алюминиевого сплава, внутри которого установлены подшипниковый блок 2 с ведущей 1 и ведомой 3 шестернями и уплотняющий блок 5, представляющий собой другую половину подшипника. Для радиального уплотнения шестерен в центральной части уплотняющего блока имеются две сегментные поверхности, охватывающие с установленным зазором зубья шестерен. Для торцевого уплотнения шестерен служат две поджимные пластины 7, устанавливаемые в специальные пазы уплотняющего блока с обеих сторон шестерен. В поджимных пластинах и в левой части уплотняющего блока есть фигурные углубления под резиновые прокладки 6. Давлением жидкости из полости нагнетания пластины 7 прижимаются к торцам шестерен, благодаря чему автоматически компенсируется зазор, а утечки остаются практически одинаковыми при любом рабочем давлении насоса. Ведущая и ведомая шестерни выполнены заодно с цапфами, опирающимися на подшипники скольжения подшипникового и уплотняющего блоков. Одна из цапф ведущей шестерни имеет шлицы для соединения с валом приводящего двигателя. Насос закрывается крышкой 4 с уплотнительным резиновым кольцом 9. Приводной вал насоса уплотнен резиновой манжетой, закрепленной специальными кольцами в корпусе насоса.
Рис.3.2. Шестеренный насос НШ-К и его составные элементы
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением сложны в изготовлении, но дают более равномерную подачу и имеют меньшие размеры. Внутренняя шестерня 1 (см. рис.3.1, б) имеет на два-три зуба меньше, чем внешняя шестерня 2. Между внутренней и внешней шестернями имеется серпообразная перемычка 3, отделяющая полость всасывания от напорной полости. При вращении внутренней шестерни жидкость, заполняющая рабочие камеры, переносится в напорную полость и вытесняется через окна в крышках корпуса 4 в напорный трубопровод.
В общем случае подача шестерного насоса определяется по формуле
где k - коэффициент, для некорригированных зубьев k = 7, для корригированных зубьев k = 9,4; D - диаметр начальной окружности шестерни; z - число зубьев; b - ширина шестерен; n - частота оборотов ведущего вала насоса; ηоб - объемный КПД.
Равномерность подачи жидкости шестерным насосом зависит от числа зубьев шестерни и угла зацепления. Чем больше зубьев, тем меньше неравномерность подачи, однако при этом уменьшается производительность насоса. Для устранения защемления жидкости в зоне контакта зубьев шестерен в боковых стенках корпуса насоса выполнены разгрузочные канавки, через которые жидкость отводится в одну из полостей насоса.
Шестеренные машины являются обратимыми, т.е. могут быть использованы и как гидромоторы и как насосы.
1.2. Пластинчатые насосы и гидромоторы
Пластинчатые насосы и гидромоторы так же, как и шестеренные, просты по конструкции, компактны, надежны в эксплуатации и сравнительно долговечны. В таких машинах рабочие камеры образованы поверхностями статора, ротора, торцевых распределительных дисков и двумя соседними вытеснителями-платинами. Эти пластины также называют лопастями, лопатками, шиберами.
Схема насоса однократного действия приведена на рис.3.3. Насос состоит из ротора 1, установленного на приводном валу 2, опоры которого размещены в корпусе насоса. В роторе имеются радиальные или расположенные под углом к радиусу пазы, в которые вставлены пластины 3. Статор 4 по отношению к ротору расположен с эксцентриситетом е. К торцам статора и ротора с малым зазором (0,02…0,03 мм) прилегают торцевые распределительные диски 5 с серповидными окнами. Окно 6 каналами в корпусе насоса соединено с гидролинией всасывания 7, а окно 8 - с напорной гидролинией 9. Между окнами имеются уплотнительные перемычки 10, обеспечивающие герметизацию зон всасывания и нагнетания. Центральный угол , образованный этими перемычками, больше угла между двумя соседними пластинами.
При вращении ротора пластины под действием центробежной силы, пружин или под давлением жидкости, подводимой под их торцы, выдвигаются из пазов и прижимаются к внутренней поверхности статора. Благодаря эксцентриситету объем рабочих камер вначале увеличивается - происходит всасывание, а затем уменьшается - происходит нагнетание. Жидкость из линии всасывания через окна распределительных дисков вначале поступает в рабочие камеры, а затем через другие окна вытесняется из них в напорную линию.
Рис.3.3. Схема пластинчатого насоса однократного действия:
1 - ротор; 2 - приводной вал; 3 - пластины; 4 - статор;
5 - распределительный диск; 6, 8 - окна; 7 - гидролиния всасывания; 9 - гидролиния нагнетания
Подачу пластинчатого насоса двойного действия определяют по формуле
где b - ширина ротора; R1 и R2 - радиусы дуг, образующих профиль внутренней поверхности статора; t - толщина платин; z - число пластин; α - угол наклона пластин к радиусу.
1.3. Радиально-поршневые насосы и гидромоторы
Радиально-поршневые гидромашины применяют при сравнительно высоких давлениях (10 МПа и выше). По принципу действия радиально-поршневые гидромашины делятся на одно-, двух- и многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот ротора поршни совершают одно возвратно-поступательное движение.
Схема радиально-поршневого насоса однократного действия приведена на рис.3.6. Рабочими камерами в насосе являются радиально расположенные цилиндры, а вытеснителями - поршни. Ротор (блок цилиндров) 1 на скользящей посадке установлен на ось 2, которая имеет два канала 3 и 4 (один соединен с гидролинией всасывания, другой - с напорной гидролинией). Каналы имеют окна 5, которыми они могут соединяться с
Рис.3.6. Схема радиально-поршневого насоса однократного действия
Ротор вращается от приводного вала через муфту 8. При вращении ротора в направлении, указанном на рис.3.6. стрелкой, поршни 9 вначале выдвигаются из цилиндров (происходит всасывание), а затем вдвигаются (нагнетание). Соответственно рабочая жидкость вначале заполняет цилиндры, а затем поршнями вытесняется оттуда в канал 4 и далее в напорную линию гидросистемы. Поршни выдвигаются и прижимаются к статору центробежной силой или принудительно (пружиной, давлением рабочей жидкости или иным путем).
Подача радиально-поршневого насоса
где d - диаметр цилиндра; е - эксцентриситет; z - число поршней.
На рис.3.7. представлен радиально-поршневой насос однократного действия типа НП с четырьмя рядами цилиндров, который состоит из корпуса 1 и крышки 25, внутри которых размещены все рабочие элементы насоса: скользящий блок 10 с крышкой 24, обойма 9 с крышкой 3 и реактивным кольцом 6, ротор 8 с радиально расположенными цилиндрами, поршни 7, распределительная ось 11, на которой на скользящей насадке установлены ротор, приводной вал 20 и муфта. Скользящий блок может перемещаться по направляющим 15, благодаря чему достигаются изменение эксцентриситета, а следовательно, и подача насоса. Величина эксцентриситета ограничивается указателем 19. Обойма вращается в двух подшипниках 12, а приводной вал - в подшипниках 14. Распределительная ось имеет каналы с отверстиями, через которые происходят всасывание и нагнетание. Муфта состоит из фланца 2, установленного на шлицах приводного вала промежуточного кольца 5 и четырех роликов 4, через которые крутящий момент предается от фланца к ротору. Для исключения утечек рабочей жидкости по валу служит уплотнение 21. Утечки по каналу 17 отводятся в корпус насоса, а из него через отверстие 13 в дренажную гидролинию.
Рис.3.7. Радиально-поршневой насос однократного действия типа НП
Насос работает следующим образом. При вращении ротора поршни под действием центробежной силы выдвигаются из цилиндров и прижимаются к реактивным кольцам обоймы. При этом если между ротором и обоймой есть эксцентриситет, то поршни, кроме вращательного, будут совершать и возвратно-поступательные (в радиальном направлении) движения. Изменение эксцентриситета вызывает соответствующее изменение хода поршней и подачи насоса. Вместе с ротором во вращение вовлекается обойма, вращающаяся в своих подшипниках. Такая конструкция позволяет уменьшить силы трения и повысить КПД гидромашины.
1.4. Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы
Аксиально-поршневые гидромашины нашли широкое применение в гидроприводах, что объясняется рядом их преимуществ: меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции вращающихся масс; возможность работы при большом числе оборотов; удобство монтажа и ремонта.
Аксиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров 8 (рис.3.8) с поршнями (плунжерами) 4, шатунов 7, упорного диска 5, распределительного устройства 2 и ведущего вала 6.
Рис.3.8. Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов:
1 и 3 - окна; 2 - распределительное устройство; 4 - поршни;
5 - упорный диск; 6 - ведущий вал; 7 - шатуны; 8 - блок цилиндров
а - силовым карданом; б - с несиловым карданом;
в - с точечным касанием поршней; г - бескарданного типа
Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. При наклонном расположении упорного диска (см. рис.3.8, а, в) или блока цилиндров (см. рис.3.8, б, г) поршни, кроме вращательного, совершают и возвратно-поступательные аксиальные движения (вдоль оси вращения блока цилиндров). Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются - нагнетание. Через окна 1 и 3 в распределительном устройстве 2 цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключения соединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки, ширина которых b больше диаметра dк отверстия соединительных каналов в блоке цилиндров. Для уменьшения гидравлического удара при переходе цилиндрами уплотнительных перемычек в последних сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями - поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком (см. рис.3.8, б, г) и с наклонным диском (см. рис.3.8, а, в). Известные конструкции аксиально-поршневых насосов выполнены по четырем различным принципиальным схемам.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Объёмный
гидропривод машины
Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.
В настоящее время во всем мире практически невозможно назвать такую отрасль промышленности или сельского хозяйства, в которых не применялся бы гидропривод.
Использование гидроприводов в строительных и дорожных машинах способствует значительному повышению уровня механизации в этих отраслях. Гидравлические устройства устанавливаются в системах управления на экскаваторах, бульдозерах, подъемниках, погрузчиках, кранах, а также в качестве силовых передач на движитель этих машин.
В результате внедрения современных технологических процессов и совершенствования гидравлического оборудования и машин с объемным гидроприводом за последние два десятилетия значительно улучшилось качество их изготовления, повысились продолжительность безотказной работы и технический ресурс.
В качестве исполнительных механизмов гидроприводов часто применяются силовые цилиндры, служащие для осуществления возвратно-поступательных прямолинейных и поворотных перемещений исполнительных механизмов.
Гидроцилиндры являются объемными гидромашинами и предназначены для преобразования энергии потока рабочей жидкости механическую энергию выходного звена. Гидроцилиндры работают при высоких давлениях их изготовляют одностороннего и двухстороннего действия, с односторонним и двухсторонним штоком и телескопические.
2.
Основные характеристики насоса
| Параметры | 310.112 | РМНА 90/35 |
| Рабочий объем, см | 112 | 90 |
| Номинальное давление, МПа | 20 | 32 |
| Максимальное давление, МПа | 35 | 40 |
| Номинальная частота вращения вала, об/с | 25 | 25 |
| Максимальная частота вращения вала об/с | 50 | 40 |
| Номинальная мощность насоса на валу, кВт | 56 | 74.5 |
| КПД полный | 0.91 | 0.90 |
| КПД объемный | 0.95 | 0.95 |
| КПД гидромеханический | 0.96 | 0.95 |
Таблица 2 – частота и производительность насосов
| Параметры | РО1 | РО2 |
| Частота вращения n , об/с | 19.2 | 20.83 |
| Производительность м /с | 2.04 10 | 3.6 10 |
По виду источника энергии жидкости объемные гидроприводы делятся на три типа:
1. Насосный гидропривод — в нем источником энергии жидкости является объемный насос, входящий в состав гидропривода. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак, из которого всасывается насосом) и с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает сразу во всасывающую гидролинию насоса).
2. Аккумуляторный гидропривод — в нем источником энергии жидкости является предварительно заряженный гидроаккумулятор . Такие гидроприводы используются в гидросистемах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов (например гидропривод рулей ракеты).
3. Магистральный гидропривод — в этом гидроприводе рабочая жидкость поступает в гидросистему из централизованной гидравлической магистрали с заданным располагаемым напором (энергией).
Гидроприводы подразделяются также по виду движения выходного звена.
Выходным звеном гидропривода считается выходное звено гидродвигателя, совершающее полезную работу. По этому признаку выделяют следующие объемные гидроприводы:
поступательного движения — в них выходное звено совершает возвратно-поступательное движение;
вращательного движения — в них выходное звено совершает вращательное движение;
поворотного движения — в них выходное звено совершает ограниченное (до 360°) возвратно-поворотное движение (применяются крайне редко).
Если в гидроприводе имеется возможность изменять только направление движения выходного звена, то такой гидропривод называется нерегулируемым. Если в гидроприводе имеется возможность изменять скорость выходного звена как по направлению, так и по величине, то такой гидропривод называется регулируемым.
3.Принцип действия
Из гидравлики известно, что удельная энергия жидкости определяется уравнением
Z - энергия положения
– энергия давления (р)
γ – удельный вес жидкости
- скоростной напор (удельная кинетическая энергия)
Любой из членов управления может при его изменении обеспечивать передачу энергии в гидроприводе.
Основной энергией для объёмных гидроприводов является энергия .
Для вспомогательных (командных) цепей используют и кинетическую энергию потенциальную Z – пренебрегают.
Гидростатическое давление пренебрежительно мало по сравнению с р – рабочим.
Этот вид энергии учитывается только при исследовании всасывающих характеристик насосов.
Принцип действия – объёмных гидроприводов основан на высоком объёмном модуле упругости (на практической несжимаемости) жидкости и на законе Паскаля. При этом силы молекулярного взаимодействия и растягивающие силы обычно не учитываются.
К поршню площадью приложена сила - она уравновешивается силой давления жидкости на этот поршень. Это давление действует в любой точке жидкости (закон Паскаля).
Если рассмотреть два сообщающихся сосуда закрытых поршнями один из которых является насосом, а другой гидродвигтель. При перемещении насосного поршня силой под поршнем возникает давление
Пренебрегая потерями напора и предположим, что система полностью герметична давление действуя на площадь развивает силу
Объём жидкости постоянен, поэтому перемещения поршней связаны как
Пренебрегая гидросопротивлением и трением поршней.
- удельное давление в сосудах
- силы давления жидкости на поршень
Произведение силы на скорость равную где t – время перемещения
Гидравлические системы обратимы, все соотношения остаются справедливыми если поменять местами насос и мотор.
В гидравлических системах ротативного движения в качестве насоса и мотора могут использоваться конструктивно одинаковые системы.
5.Работа насоса
Подготовка к пуску- 1. Заполнить бак маслом с соблюдением рекомендаций.
2. Ослабить регулировочный винт предохранительного клапана.
3. Проверить положение рабочих органов и распределителей. Поставить распределители в положение, обеспечивающее поджим рабочих органов к упору. Следует помнить, что при первоначальном запуске гидропривода возможны любые случайные движения рабочих органов, поэтому необходимо принять меры для исключения аварии (установить соответствующие упоры, тщательно наблюдать за движением каждого рабочего органа в момент запуска, отвести вручную рабочие органы в неопасную зону и т. п.).
4. Провернуть (вручную) вал насоса на несколько оборотов.
5. Запустить толчком электродвигатель привода насоса, проверив направление его вращения (указано в руководствах насосов, чаще всего — по часовой стрелке со стороны вала насоса).
6. Проверить наличие давления в напорной линии гидросистемы при включении насосной установки.
7. Осмотрев все узлы гидропривода, убедиться в том, что нет наружных утечек; при необходимости подтянуть соединения или заменить неисправные уплотнения.
8. Начать работу на низком давлении.
9. Выпустить воздух из верхних частей трубопроводов и исполнительных органов.
10. Проверить уровень масла в баке . Промыть гидросистему в соответствии с рекомендациями.
12. Установить нормальное давление.
13. Переключая распределители, проверить полный ход всех рабочих органов.
14. Убедиться, что на поверхности масла в баке нет пены; если пена имеется, принять меры для исключения попадания воздуха в гидросистему.
15. Произвести регулировку аппаратов (дроссели, клапаны, реле) на заданные режимы работы.
16. Подключить схему электроавтоматики.
17. Проверить тепловой режим гидропривода и определить установившуюся температуру масла. Если температура выше нормы, проверить правильность работы устройств разгрузки и системы охлаждения.
18. Проверить расход масла через дренажную линию.
19. Тщательно устранить наружные утечки.
Остановка гидропривода- После прекращения движения или работы погрузчика с большой нагрузкой следует двигателю дать поработать течение двух минут с малой частотой вращения холостого хода и только после этого выключить зажигание. Это обеспечивает постоянное и равномерное охлаждение рабочих частей двигателя.
Длительная работа двигателя на холостом ходу приводит к образованию копоти на свечах и поэтому не рекомендуется.
Засорился всасывающий трубопровод
Подсос воздуха во всасывающей трубе
Поломка насоса
В объемных гидравлических машинах передача механической энергии жидкости осуществляется изменением объемов их рабочих камер. Например, вытеснение (нагнетание) жидкости в объемных насосах происходит в результате уменьшения, а всасывание – в результате увеличения геометрических размеров рабочих камер насоса. В гидродвигателях (например, гидроцилиндрах) рабочий ход осуществляется в результате увеличения этих камер под действием поступающей в эти камеры жидкости.
Гидравлическая система, включающая в себя насос и гидродвигатель с соответствующей предохранительной и регулирующей аппаратурой, служит для передачи посредством жидкости энергии на расстояние. Из всех потенциальных энергий жидкости в гидросистемах (гидропередачах), как правило, используется потенциальная энергия давления жидкости.
Источником расхода жидкости в гидросистеме в большинстве случаев является насос возвратно-поступательного или вращательного движения.
Насосом называется гидромашина, преобразующая механическую энергию в гидравлическую (энергию жидкости под давлением).
Гидродвигателем называется гидромашина, осуществляющая обратное преобразование энергии.
Потенциальной энергией положения в гидросистемах (гидропередачах) обычно пренебрегают, поскольку разности высот между отдельными элементами гидросистемы несоизмеримо малы по сравнению с действующими в ней статическими давлениями жидкости. В большинстве случаев пренебрегают и кинематическим видом энергии, хотя эта энергия в виде скоростного напора, выражаемого , используется в ряде элементов гидроавтоматики и регулирующей аппаратуры.
Основными преимуществами гидравлических приводов являются малые габариты и малая удельная масса, приходящаяся на единицу передаваемой мощности (в современных ЛА – это 0,2 … 0,3 кг на 1 кВат передаваемой мощности.
Преимуществом гидравлических приводов является возможность непрерывного (бесступенчатого) регулирования в широком диапазоне выходной скорости и осуществления высокой степени ее редукции, а также простота управления, плавность, равномерность и устойчивость движения и большой срок службы гидроагрегатов. При применении гидроприводов конструктивно просто решается задача защиты системы от перегрузок. Насосы и гидродвигатели авиационных гидросистем имеют высокие коэффициенты полезного действия. Вместе с тем гидроприводы просты в изготовлении и в эксплуатации. На современных ЛА гидроприводы являются незаменимыми в системах, где требуется развить большие усилия и высокое быстродействие: в системах шасси и системах торможения колес шасси, в системах управления, изменения стреловидности крыла сверхзвуковых самолетов, изменения геометрии воздухозаборников авиадвигателей в зависимости от режима полета, в системах наведения вооружения и т. д.
Принцип действия гидропривода.
Действие объемных гидроприводов основано на практической несжимаемости рабочей жидкости и преобразовании сил по закону Паскаля.
 |
Для иллюстрации этого положения рассмотрим схему, представленную на рис. 1.
Рис. 1. К определению сил, действующих в гидросистеме:
1 – гидроцилиндр; 2
Система состоит из двух цилиндров 1 и 4 с разными площадями поршней, нагруженных грузами, и ручного насоса 2, выходной канал которого связан с цилиндрами, а входной – с резервуаром 3. При условии, что площадь поршня цилиндра 1 равна 5 см 2 и цилиндра 4 – 12 см 2 массы удерживаемых грузов при давлении жидкости, развиваемыми насосом в 100 кГс/см 2 , соответственно будут равны = 500 кг и = 1200 кг.
Равновесие сил, действующих в рассматриваемой схеме, можно сравнить с равновесием обычного коромысла с нагрузкой и , приложенной по его концам (рис. 2, а). Длины плеч и коромысла и величины грузов и связаны отношением
.
Соответственно для гидравлической схемы (рис. 2, б), состоящей из двух цилиндров площадью и , поршни которых нагружены грузами и , эти параметры связаны соотношением
 |
.
Рис. 2. Соотношение сил:
а – в механической системе; б – в гидросистеме
Из этого соотношения следует, что при соответствующем выборе площадей цилиндров представляется возможным уравновесить большой груз малым грузом .
Для нахождения основных кинематических и силовых зависимостей рассмотрим расчетную схему, представленную на рис. 3. Два цилиндра 1 и 2, заполненные жидкостью, соединены трубопроводом. Поршень первого цилиндра нагружен силой , развиваемой усилием, приложенным к ручке 3. Поршень второго цилиндра – внешней нагрузкой в виде силы . В соответствии с законом Паскаля давление в цилиндрах 1 и 2 будет одинаковым: . Диаметры цилиндров равны соответственно и .
Давление будет равно , где – площадь поршня цилиндр2 1. Это давление будет действовать и на поршень цилиндра 2 (потерями напора в трубопроводе пренебрегаем).
Из рассматриваемой схемы следует, что при полной герметичности цилиндров 1 и 2, а также при практической несжимаемости жидкости перемещения поршней цилиндров и будут связано соотношением:
(1)
 |
Рис. 2. Расчетная схема гидросистемы
На основании уравнения (1), а также принимая во внимание, что и , имеем:
;
. (2)
Пренебрегая гидравлическим сопротивлением трубопровода и трением поршней, а также учитывая, что и , получаем:
;
. (3)
Считая, что перемещение поршня 1 на величину пути произошло за время , находим скорость его движения:
, (4)
Произведение силы , действующей на поршень 1, на скорость его движения дает выражение мощности
. (5)
Поскольку произведение скорости поршня на его площадь есть объем, списываемый им в единицу времени или иначе расчетный расход жидкости, передаваемая мощность будет равна:
. (6)
Если выразить в Паскалях, а – в м 3 /c, то мощность выразиться в ваттах.
Из выражения (6) следует, что расчетная мощность гидропривода растет при неизменном пропорционально повышению давления жидкости. Поскольку при увеличении давления масса и габариты привода и их компонентов (трубопроводы и другие) увеличиваются в меньшей пропорции, так как повышение этих параметров обусловлено условиями прочности, рабочее давление гидроприводов современных ЛА увеличивается по мере внедрения материалов с большой удельной прочностью. В настоящее время величина давления в современных авиационных гидросистемах достигает 21 … 32 МПа, и имеет тенденцию к увеличению.
Мощность единичного гидронасоса и, соответственно, гидропривода не превышает 100 л.с., однако в отдельных случаях может достигать до 1000 л.с. и выше.
Принципиальные схемы гидропривода.
Всякий объемный гидропривод состоит из объемных насоса и гидродви-гателя, а также распределительно-регулирующей и предохранительной аппаратуры, связанных гидравлический магистралью (трубопроводами).
В соответствии с этим во всяком гидроприводе различают три группы элементов: насос (источник гидравлической энергии), гидродвигатель (или исполнительный гидромеханизм), а также распределительная и предохрани-тельная аппаратура.
На рис. 3, аи б показаны упрощенные схемы гидропривода с гидродвига-телем возвратно-поступательного (а) и вращательного (б) действия. Соответст-венно их называют гидроцилиндры и гидромоторы.
Привод состоит из насоса 1 с резервуаром (гидробаком) 6 и гидродвигателя 2, соединенными гидропроводами, а также предохранительного клапана 5, ограничивающего повышение давления жидкости в нагнетающей магистрали за насосом. Реверсирование гидродвигателя (изменение направления движения штока силового цилиндра или направления вращения гидромотора) осуществляется распределительным устройством (краном) 3, с помощью которого изменяется направление потока жидкости от насоса к двигателю.
При условии герметичности гидроагрегатов и практической несжимаемости жидкости выходное звено гидродвигателя должно перемещаться (или вращаться) с определенной скоростью, для того, чтобы пропустить через свои рабочие камеры жидкость, подаваемую насосом, т.е. должно выполняться условие
,
 |
где
и
– теоретические расходы насоса и гидродвигателя (люъемы, описываемые их рабочими элементами) в единицу времени.
Рис. 3. Принципиальные схемы гидросистем:
а – с гидродвигателем возвратно-поступательного действия; б – с гидродвига-телем вращательного действия;
1 – гидронасос; 2 – гидродвигатель; 3 – гидрораспределитель; 4 – дросельний кран; 5 – предохранительный клапан; 6 – бак
В результате, при условии указанных допущений, получим жесткую кинематическую связь между насосом и гидродвигателем.
Регулирование скорости гидродвигателя осуществляется с помощью либо изменения подачи насоса 1, либо с помощью дросселя 4, который регулирует сопротивление на выходе из насоса, в результате чего давление перед насосом повышается и часть жидкости сливается в бак через предохранительный клапан 5.
Нетрудно видеть, что дроссельное регулирование расхода жидкости связано с потерей мощности и нагревом жидкости, поскольку теряемая энергия, соответствующая расходу жидкости через клапан 5 в бак, превращается в тепло.
Сравнительный анализ энергосистем, применяемых на ЛА.
(электромеханические, гидравлические, пневматические)
Сравнительный анализ электромеханических, гидравлических и пневматических систем, применяемых на современных ЛА, позволяет сделать следующие выводы:
1. Электромеханические системы силового привода обладают свойством мгновенно, независимо от расстояния, передавать большие мощности. Они удобны при монтаже, обслуживании и обладают хорошей эксплуатационной живучестью.
Недостатки электромеханических систем, ограничивающие их применение в качестве силовых приводов ЛА:
- низкие массовые, объемные и мощностные характеристики (удельная массовая отдача приводов для различных систем составляет: 2 … 4 кг/кВт - для электромоторов; 10 … 30 кг/кВт - для электрических силовых приводов (мотор, редуктор, пара винт-гайка); 0,1 … 0,4 кг/кВт - для гидромоторов; 0,3 … 0,4 кг/кВт - для гидравлических и пневматических силовых цилиндров);
- большая инерционность и недостаточная жесткость привода;
- сравнительно высокая стоимость агрегатов;
- трудность охлаждения, снижение надежности и качества изоляции при работе на больших высотах.
Области применения электромеханических систем (электромеханичес-кого привода):
- силовой привод малых мощностей (до 3,5 … 4 кВт);
- силовой привод в системах, где инерционность и жесткость не играют решающей роли;
- дистанционное управление другими типами приводов;
- резервные (дублирующие) и аварийные системы.
2. Гидромеханические системы силового привода удовлетворительны по массовым характеристикам, обладают высокой энергоемкостью, их разовая мощность легко увеличивается применением газожидкостных аккумуляторов. Они экономичны, надежны, достаточно жестки и обладают высоким быстродействием.
- недостаточный тепловой диапазон работы из-за нестабильности характеристик рабочей жидкости и уплотнений;
- повышенная пожарная и взрывная опасность (при использовании современных рабочих жидкостей);
- утечки и загрязненность в местах соединений;
- чувствительность исполнительных устройств (особенно следящих систем управления) к загрязнению рабочих тел.
Область применения гидросистем – силовой привод больших мощностей, нагрузок, высокой жесткости и быстродействия.
3. Пневматические (газовые) системы силового привода имеют бесспорные преимущества перед электромеханическими и гидравлическими системами по массе, стабильности характеристик рабочего тела, пожаробезопасности, чистоте соединений, способности развивать большие разовые мощности.
Недостатки пневматических систем:
- отрицательное действие упругости воздуха (ударные нагрузки в конце хода, трудности фиксации поршня, запаздывание передачи энергии от источника к потребителю);
- образование конденсата в рабочих объемах системы.
Область применения пневматических систем:
- силовые и следящие приводы малой мощности;
- силовой привод устройств кратковременного разового действия;
- резервные и аварийные системы;
- комплексные гидрогазовые системы.
Проведенный анализ показывает, что основными энергетическими системами на ЛА будут оставаться гидравлические системы, работающие в комплексе с электроустройствами управления, а также с электрическими или пневматическими (пиротехническими) аварийными системами.
Пневматические системы могут применяться как основные системы на ЛА одноразового действия со сравнительно более низкими требованиями по работоемкости и жесткости.
Общие определения.
Потребитель – гидравлический агрегат, непосредственно соединенный с управляемым объектом и приводящий его в действие (гидроподъемники шасси, гидроусилители, цилиндры элементов механизации крыла и т.д.).
Гидроагрегат – любое устройство, входящее в состав гидросистемы, выполняющее в ней самостоятельные функции, связанные с изменением характеристик рабочей жидкости (чистоты, температуры) и параметров потока (расхода, давления), или реагирующее на эти факторы.
Гидравлическая система – система, состоящая из устройств, обеспечивающих энергией потребители и управляющих режимами их работы как от сигналов летчика, так и от сигналов автоматических систем управления полетом, двигателем, наземным движением и т.д.
Функциональная гидросистема (подсистема)– гидросистема или ее часть, относящаяся к обслуживанию конкретного потребителя. Функциональные системы делятся (по времени их работы на всех этапах полета) на системы непрерывного и системы эпизодического действия, а по принципу их работы – на системы следящего и системы релейного типа.
Классификация типов систем.
Гидросистема открытого типа – гидросистема, которая имеет непосредственный контакт воздуха (газа) с рабочей жидкостью в баке.
Гидросистема закрытого типа – гидросистема, у которой рабочая жидкость в баке изолирована от контакта с воздушной (газовой) средой.
Гидросистема полузакрытого типа – гидросистема, у которой объем над жидкостью в баке заполнен нейтральным газом (например, азотом).
Централизованная гидросистема – гидросистема, обслуживающая группу потребителей.
Автономная гидросистема – гидросистема, обслуживающая один потребитель.
Гидросистемы делятся на основную, резервную и аварийную.
Гидроагрегаты делятся на источники гидроэнергии, гидродвигатели, регулирующую и распределительную аппаратуру, кондиционеры рабочей среды.
Рекомендованная литература
1. ГИДРАВЛИКА, гидравлические машины и гидравлические приводы / Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. Под ред. Т.М.Башты. – М.: Машиностроение, 1970. – 504 с.
2. БАШТА Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1967.
3. БАШТА Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. – М.: Машиностроение, 1971. – 672 с.
4. БОЧАРОВ В.П., ГЛАЗКОВ М.М. Источники энергии и потребители жидкостно-газовых систем воздушных судов. Учебное пособие. – Киев: КИИГА, 1985.
5. БОЧАРОВ В.П., ГЛАЗКОВ М.М. Гидро- и пневмоаппаратура жидкостно-газовых систем воздушных судов. Учебное пособие. – Киев: КИИГА, 1985.
Читайте также: